Possibile impiego di gelatina reticolata per lo sviluppo di modelli in vitro di tessuto adiposo

Adipose tissue is an active and endocrine organ, present in many areas of the human body, and it performs as protection, damper, but mainly energy storage and secretion of endocrine signals to other organs. One third of the adipose tissue is composed of mature adipocytes, while the remaining two thirds are occupied by small blood vessels, nervous tissue, macrophages, fibroblasts and preadipocytes in different stages of development. Mature adipocytes also play a key role in the secretion of endocrine proteins, which regulate metabolism (ie, leptin, adiponectin, interleukin (IL) -6, Monocyte Chemoattractant Protein-1 ( MCP- 1) and Tumor Necrosis Factor (TNF) -α.). From the literature [Kolb et Zhang, 2020], it has been observed that the secretion of these proteins is influenced by the occurence of some pathologies; for example, in the case of obesity, there’s an increase of leptin secretion, which regulates body weight and the absorption of food and fats, and inflammatory cytokines, while there is a decrease in adiponectin release, which protects the vessels from reduced platelet aggregation and vasodilation. Trauma, congenital pathologies and tumors often result in abnormalities of adipose tissue. For example, breast cancer still affects many women every year and it is one of the most common cancers. In particular, after the typical surgical treatment of this type of cancer, women usually choose permanent prostheses based on synthetic materials, or an autologous adipose tissue graft. However, such approaches do not allow the reconstruction of the tissue adequately and preservation of the shape and volume of the natural tissue. The world of bioengineering tries for years to develop models that mimic human tissue physiologically, which can be useful for studying its biology and / or pathologies, but which can also investigate biochemical processes that allow to reconstruct damaged tissue. In this thesis work, a bibliographic research was carried out to evaluate the in vitro models currently in the research phase; it has been observed that a good vascular network connected to the 3D model of the tissue is essential to guarantee a good result and this is due to the complexity of the cellular microenvironment found in vivo [Loskill et al., 2017; Liu et al., 2019; Rogal et al., 2020]. From the state of the art, it has been noted that one of the most vwidely used materials is gelatin, in particular methacrylated gelatin (GelMA) [Huber et al., 2015; Tytgat et al., 2020; Peela et al., 2015; Wang et al., 2018; Ovsianikov et al., 2011].

Il tessuto adiposo è un organo attivo ed endocrino presente in molte aree del corpo umano e svolge una funzione di protezione, di ammortizzatore degli impatti, ma soprattutto di immagazzinamento di energia e di secrezione di segnali endocrini agli altri organi. Un terzo del tessuto adiposo è costituito da adipociti maturi, mentre i restanti due terzi sono occupati da piccoli vasi sanguigni, tessuto nervoso, macrofagi, fibroblasti e preadipociti in diversi stadi di sviluppo. Gli adipociti maturi svolgono anche un ruolo chiave nella secrezione di proteine endocrine atte a regolare il metabolismo (i.e., leptina, adiponectina, interleuchina (IL)-6, Monocyte Chemoattractant Protein-1 (MCP-1) e Tumour Necrosis Factor (TNF)-α.). Dalla letteratura [Kolb et Zhang, 2020] si è osservato che la secrezione di tali proteine è influenzata dall’insorgenza di alcune patologie; ad esempio, in caso di obesità, vi è una maggior presenza di leptina, che regola il peso corporeo e l’assorbimento di cibo e grassi, e citochine infiammatorie, mentre vi è un calo di adiponectina, che protegge i vasi da una ridotta aggregazione piastrinica e vasodilatazione. Le anomalie del tessuto adiposo sono spesso il risultato di un trauma, di patologie congenite e di tumori. Il tumore al seno, ad esempio, ancora oggi colpisce molte donne ogni anno e risulta essere tra i tumori più diffusi. In particolare, in seguito a trattamento chirurgico di tale patologia, le donne optano per l’utilizzo di protesi permanenti a base di materiali sintetici, oppure un trapianto autologo di tessuto adiposo. Tuttavia, tali approcci non consentono di ricostruire il tessuto in modo adeguato e mantenere la forma ed il volume del tessuto naturale. Il mondo della bioingegneria cerca da tempo di sviluppare modelli che vadano a mimare fisiologicamente il tessuto umano, che possano essere utili per studiarne la biologia e/o le patologie, ma che possano anche indagare i processi biochimici che permettono di ricostruire il tessuto danneggiato. Nel presente lavoro di tesi, è stata condotta una ricerca bibliografica atta a valutare i modelli in vitro attualmente in fase di studio; si è potuto osservare che un buon network vascolare connesso al modello 3D del tessuto è fondamentale per garantire un buon risultato e questo è dovuto alla complessità del microambiente cellulare trovato in vivo [Loskill et al., 2017; Liu et al., 2019; Rogal et al., 2020]. Dalla ricerca dello stato dell’arte, è stato possibile notare come uno dei materiali maggiormente utilizzati sia la gelatina, in particolare la gelatina metacrilata (GelMA) [Huber et al., 2015; Tytgat et al., 2020; Peela et al., 2015; Wang et al., 2018; Ovsianikov et al., 2011].